從分子層面上看，塑料是通過(guò)將小單體分子像項(xiàng)鏈中的珠子一樣串在一起，形成長(zhǎng)聚合物鏈而制成的。然而，并不是所有的塑料，或者所有塑料的聚合物都是一樣的。聚合物越長(zhǎng)越堅(jiān)固，材料就越耐用。

康奈爾大學(xué)的研究人員采用中等單體，通過(guò)使用特殊催化劑，創(chuàng)造了一種可以形成長(zhǎng)鏈的更堅(jiān)韌的聚合物。然后，聚合物可以在酸催化劑的作用下輕松解聚回單體狀態(tài)，從而形成一種可化學(xué)回收的熱塑性塑料，可與最流行的塑料、聚乙烯和聚丙烯競(jìng)爭(zhēng)。

研究論文“Chemically Recyclable Thermoplastics from Reversible-Deactivation Polymerization of Cyclic Acetals ”于 8 月 13 日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。主要作者是前博士后研究員 Brooks Abel 和Rachel Snyder 博士。

研究人員用一種叫做二氧戊環(huán)的環(huán)狀縮醛單體構(gòu)建聚合物。這種單體是由潛在的生物可再生甲醛和乙二醇原料合成的。聚縮醛是制造可回收熱塑性塑料的有力候選者，因?yàn)樗鼈冊(cè)? 300 攝氏度以上是穩(wěn)定的，但在相對(duì)較低的溫度下(通常低于 150 攝氏度)經(jīng)由酸催化劑的作用就會(huì)解聚。它們也很便宜，且可以從生物渠道獲取。然而，聚縮醛尚未見(jiàn)有先例使用，因?yàn)榫酆衔镦溚ǔＬ潭鵁o(wú)法達(dá)到商業(yè)應(yīng)用所需的機(jī)械強(qiáng)度。

“我們想開(kāi)發(fā)一種新的方法來(lái)制造聚縮醛，讓我們能夠控制聚合物鏈的長(zhǎng)度，”Abel 說(shuō)，“最終，我們能夠制造出真正的高分子量聚縮醛，與更脆的低分子量聚縮醛相比，它們將具有驚人的延展性和強(qiáng)度?！?/p>

使用稱(chēng)為可逆失活陽(yáng)離子開(kāi)環(huán)聚合的過(guò)程，研究人員能夠?qū)误w連接成具有高分子量和高拉伸強(qiáng)度的 PDXL 長(zhǎng)鏈。由此產(chǎn)生的熱塑性塑料足夠堅(jiān)固和柔韌，可用于包裝產(chǎn)品等大規(guī)模應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)創(chuàng)建幾個(gè)原型產(chǎn)品展示了這種潛力，包括保護(hù)袋、模制包裝和亞馬遜用來(lái)填充盒子的那種充氣氣枕。

“目前，近 40% 的塑料用于包裝產(chǎn)品，這些產(chǎn)品會(huì)被短暫使用然后被丟棄，”Snyder 說(shuō)，“PDXL 具有包裝所需的強(qiáng)度，但我們可以使用非常有效的化學(xué)回收過(guò)程收集和重新利用它，而不是將其丟棄。這使其成為循環(huán)聚合物經(jīng)濟(jì)的完美候選者?！?/p>

回收過(guò)程非常高效，以至于 PDXL 甚至可以從復(fù)雜的塑料廢物混合物中解聚。該團(tuán)隊(duì)將 PDXL 與其他商品塑料(如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯和聚苯乙烯)混合。在使用可重復(fù)使用的酸催化劑并加熱后，他們能夠回收 96% 的純二氧戊環(huán)單體，這表明它可以很容易地與染料和增塑劑等常見(jiàn)污染物分離。然后將回收的單體再聚合成 PDXL，說(shuō)明聚縮醛化學(xué)回收的循環(huán)性。

這指出了該聚合物最重要的屬性——可持續(xù)性。

制造這些塑料需要大量化石燃料，而普通聚乙烯或聚丙烯的碳足跡非常糟糕。所以我們必須更好地制作它們。與其使用所有這些能量從地下開(kāi)采石油并將其分解成小塊并消耗所有這些能量，這一研究成果使得我們僅僅需要通過(guò)加熱聚合物就能夠重新獲得單體成分。